灌溉的小气候效应一般能持续7～10天，以初期效应最大，随着水分蒸发会逐渐恢复原状。黄河中下游冬季灌溉可防冻害，春季喷灌可防霜冻。喜温作物大面积防霜冻，通常大水沟灌1次后2天内夜间最低气温可增高2～3℃，以后效果逐渐减小。在临近霜冻发生或当夜灌水的增温效果较为理想。一般灌到土壤湿透为止。如霜冻发生前1～2天刮大风，最好在风停后进行。风前或刮大风时灌溉，热效应会显著减少。水稻秋季障碍型冷害发生前灌深水可提高穗温和结实率。

灌溉的小气候效应除受地区、季节、昼夜、天气条件影响外，还与灌溉时间、方法、面积、灌溉量和土壤状况有关。一般灌溉面积越大、土壤越疏松、土色越浅、天气越是持续晴朗干燥，效应越显著。两个灌溉水深不同的农田，一般水深田块温度升高慢，水浅田块温度增高快。在温度日变化上，水深田块小于水浅田块。灌溉的温度效应也受灌溉水温的制约。在生产上可根据需要，利用水量平衡方程与水源温度变化来调节农田温度。合理灌溉能缓解农田日平均气温大于30℃或最高温度大于35℃的高温影响，减少高温天气的危害天数，提高作物结实率与产量。灌溉水温应与土温接近以利作物生长，满足作物对土壤热状况的要求，尽量避免灌溉用水与土壤温度相差过于悬殊。在夏季用井水灌溉可采用不同的间隙灌溉方式调整水温，应避免中午时间灌溉使土壤温度骤然下降，对作物造成不利影响。而在寒冷季节则应避免在早晚灌溉，以免使土壤温度下降过多。尤其是在强冷空气袭击时灌溉，地表结冰会造成根系或根颈损伤，甚至形成冰盖导致窒息死苗。

灌溉增加了农田土壤的含水量，土壤颜色变暗，地面反射率降低，导致有效辐射减小与辐射平衡增加。灌溉辐射效应在干旱地区明显，有时正午时刻的辐射平衡提高40%或更高。灌溉土壤表面蒸发随灌溉水量变化，使贴地气层和土层中的温度梯度和湍流交换减弱。在干旱气候与充足灌溉水量条件下，几乎全部辐射平衡都消耗在蒸发上。同时，土壤水分增加使热容量和导热率增大，土壤热通量显著减小，温度日较差也随之变小。因而，在白天和温暖季节灌溉可产生降温作用，土温较低；而在夜间和寒冷季节则可产生增温效应，土温较高。灌溉的温度效应，温暖季节在白天较明显，寒冷季节在夜间较明显；经灌溉农田在白天还可能出现逆温现象。

喷灌的降温增湿效应白天比夜间明显，晴天比阴天明显，土壤表面比高层明显。喷灌以晴朗干热无风或微风的白天效果最好，低强度喷灌因雾化程度高，平均喷水强度低于土壤入渗速度，可使水分充分渗入下层，不会产生积水与地表径流，又可提高冠层相对湿度，为作物正常生育创造适宜的小气候环境。